ZHCUB80C August 2004 – July 2023 PGA309
PGA309 有三个主要的增益模块用于调节差分输入桥式传感器信号,如图 2-1 所示。前端 PGA 包含最高增益选择功能,通过在信号链的前面应用最大增益之后再添加其他噪声源来实现最高信噪比。前端 PGA 增益选择功能有八个增益设置(4、8、16、23.27、32、42.67、64 和 128),由寄存器 4 位 (11:8) 进行设置。位 11 选择输入多路复用器的极性。
前端 PGA 之后是增益 DAC。精细增益调整由 16 位增益 DAC 进行控制,可调范围为 0.3333 到 1。寄存器 2 仅用于增益 DAC 设置。
最终信号增益通过输出放大器来应用。该放大器内部有七个增益设置(2、2.4、3、3.6、4.5、6、9)可供选择。输出放大器有一个选项可禁用内部增益并允许使用用户提供的外部电阻来设置输出放大器增益。寄存器 4 位 (14:12) 可以选择内部输出放大器增益(除非在禁用内部反馈后编程为“111”)。组合的增益模块支持 2.666(400kHz 带宽)至 1152(60kHz 带宽)的 VOUT/VDIFF 信号增益。
PGA309 的前端 PGA 是一款可优化共模电压抑制的三级运算放大器仪表放大器。此仪表放大器由具有自动置零前端的运算放大器构成,基本上消除了 1/f 噪声。
与任何仪表放大器一样,此仪表放大器的输出电压摆幅和输入共模电压范围也受到限制。图 2-2 中的电路代表了 PGA309 内部的前端 PGA,用于评估关键内部节点电压,以确保不会超出输出电压摆幅和共模电压的限制。虽然有可能超出了这些内部节点的限制,但是在 PGA309 的 VOUT 上仍然具有明显有效的输出电压。可以设置内部比较器来监测这些内部节点,以便发现传感器校准期间的超限情况(请参阅节 2.8:故障监测)。
为 PGA309 增益模块选择适当的调节设置后,只需简单的手工分析即可检查是否存在超出内部节点限制的情况。请务必将 PGA309 输入电压(VINP、VINN)转换为共模和差分电压分量以实现最大传感器输出。该转换的模型如图 2-2 所示。前端 PGA 在差分放大器 A3 中的增益为 4。为了分析重要的内部节点 VOA1 和 VOA2,有必要为运算放大器 A1 和 A2 分配适当的增益系数 (G)。图 2-2 详细说明了这一点,其中在相应节点处展示了对应的输出电压公式。对于传感器的最大 VDIFF 输出,VOA1 和 VOA2 处于允许的以下电压摆幅范围内:0.1V < (VOA1 或 VOA2) < VS − 0.12。在本例中,0.1V < (VOA1 或 VOA2) < 4.88V。
其他应用可能会产生不同的结果,需要不同的增益调节或传感器激励路径的正或负桥臂中的电阻来调整 PGA309 的共模输入电压。PGA309 的最大允许输入电压范围 (IVR) 规格为 0.2V < IVR < VSA − 1.5V,所以在此应用中转换为 0.2V < IVR < 3.5V。在图 2-2 中,我们看到 VINP = 2.550V,VINN = 2.450V,这些数值在可接受的 IVR 规格范围内。
对于 A2 和 A1 的输出电压,差分放大器 A3 的输出 (VFRONT) 具有增益值 4,但对于零 DAC 的输出电压,增益为 1。VFRONT 是通过 VDIFF 乘以前端 PGA 增益加上零 DAC 输出电压得出。VFRONT 信号通过增益 DAC 和输出放大器增益模块接受进一步处理。
图 2-3 展示了 PGA309 内部的增益 DAC 和输出放大器增益模块。在本例中,增益 DAC 设置为 0.859475571,输出放大器的增益为 2。如图 2-3 所示,对于传感器的最大 VDIFF 输出,净输出电压 VOUT 为 4.5V。
对于 VOUT MIN,传感器输出 0V:
VOUT MIN = VZERO DAC [(增益 DAC)(输出放大器增益)]
在本例中:
VOUT MIN = 0.290908813V [(0.859475571)(2)] = 0.5000V
输出放大器具有外部连接,这使得终端用户在针对多种应用的输出放大器配置中具有最大的灵活性。VFB 和 VSJ 引脚的使用方法如节 2.4 - 输出放大器 中所述。
Example2-1 展示了求解增益设置的过程。